BMP degli scarti alimentari coreani e dei percolati: gli studi di Cho (1995) e Lee (2009)

Uno dei primi lavori sugli scarti alimentari coreani – Cho, Park e Chang, Bioresource Technology 52(3) del 1995 (pp. 245–253) – riguarda scarti con un contenuto del 15–30% di sostanza secca (SS). Gli autori del KAIST hanno misurato il potenziale metanigeno biochimico (BMP) dei componenti degli scarti e della loro miscela (MFW), per poi verificare la digestione anaerobica a secco della miscela in reattori bifase. È utile distinguere due gruppi di numeri: il BMP (fino a 482 mL CH₄/g SV aggiunti) e la resa nel reattore (405–415 mL/g SV ridotti).

Chi e perché

Gli autori sono ricercatori del Centro di Ricerca sull’Ingegneria dei Bioprocessi dell’istituto coreano KAIST a Taejon (con la partecipazione del team biomasse del Korea Institute of Energy Research). Le parole chiave dello studio sono: scarti alimentari misti, potenziale metanigeno biochimico, digestione anaerobica a secco in fase solida, due fasi, letto fisso e percolato. L’obiettivo era pratico: sviluppare un processo per gli scarti di cucina, che in Corea contengono il 15–30% di sostanza secca, senza aggiungere grandi quantità di acqua.

Cosa è stato studiato esattamente

Secondo l’abstract, le rese di metano sono state: 482 mL CH₄/g SV aggiunti per la carne cotta, 356 per la cellulosa (controllo), 294 per il riso cotto, 277 per il cavolo fresco e 472 per la miscela di scarti (MFW). Le corrispondenti biodegradabilità anaerobiche rispetto alla resa stechiometrica di metano sono state 0,82, 0,92, 0,72, 0,73 e 0,86. In un reattore monofase metanigeno, gli acidi grassi volatili (AGV) si sono accumulati così intensamente da inibire la digestione anaerobica, pertanto l’MFW con un contenuto del 20% di SS è stato fermentato in sistemi bifase con letto fisso, in reattori da 1 l e 8 l. Nel reattore da 8 l è stato studiato anche l’effetto della ricircolazione del percolato sul letto. Nel letto da 5 l non sono stati aggiunti nutrienti, tampone o fango di inoculo.

Risultati della digestione a secco

In tutti i casi è stata ridotta l’87–90% della sostanza secca nel letto fisso, e circa il 90% della SV iniziale del letto è stata convertita in biogas. Il tempo di lavorazione dipendeva principalmente dall’efficienza del digestore metanigeno: dal tempo di ritenzione idraulica e dal carico. La resa di metano è stata di circa 405–415 mL/g SV ridotti durante l’intero periodo di studio, ovvero circa l’86–88% del BMP (resa finale di metano) per lo stesso campione.

Come interpretare i numeri

Il valore BMP descrive il potenziale massimo del substrato in condizioni di test di laboratorio, mentre la resa nel reattore rappresenta ciò che è stato ottenuto in un sistema specifico. La differenza è qui evidente: 405–415 mL/g SV ridotti corrispondono a circa l’86–88% del BMP della miscela. Nei confronti è sempre necessario verificare:

• l’unità di misura – mL CH₄ per g SV aggiunti (BMP) o ridotti (resa nel reattore) non sono la stessa cosa; il risultato in mL/g di massa fresca sarà notevolmente inferiore;
• la composizione del substrato – i componenti (carne, riso, cavolo) differiscono nel BMP anche del doppio, mentre la miscela si colloca in una posizione intermedia;
• il sistema sperimentale – il reattore monofase ha subito un’inibizione da AGV, mentre quello bifase con letto fisso ha funzionato stabilmente.

Perché lo studio del 1995 è ancora citato

Secondo la registrazione bibliografica nella banca dati Zhenzhi (343 citazioni al momento della verifica), lo studio è spesso citato. Ricerche successive sugli scarti alimentari coreani – ad esempio lo studio di Lee et al. sui percolati, descritto di seguito (358–478 mL/g SV nel test BMP) – indicano ordini di grandezza simili, aumentando la fiducia nell’intervallo di 350–480 mL/g SV per questi substrati. Un impianto specifico può discostarsi da tale intervallo.

Percolato dal riciclo degli scarti alimentari (Lee et al., 2009)

Il percolato degli impianti di riciclo degli scarti alimentari (FWL) in Corea è un refluo difficile da gestire. Lee, Behera, Kim e Park dell’Università di Ulsan (Waste Management 29(2), 2009, pp. 876–882) hanno studiato su scala di laboratorio se l’FWL potesse essere fermentato in bioreattori da discarica o digestori anaerobici. L’umidità media del percolato era dell’84% e il rapporto SV/SS del 91%; la composizione elementare è stata espressa con la formula C₁₃,₀₂H₂₃,₀₁O₅,₉₃N₁ e la biodegradabilità è risultata dell’82,6%. Nel test BMP standard è stato ottenuto 358 mL CH₄/g SV dopo 10 giorni e 478 mL/g SV dopo 28 giorni, con un contenuto medio di metano di circa il 70%.

La resa più alta dopo 20 giorni (403 mL/g SV) è stata registrata a 35°C, che gli autori collegano all’adattamento dei microrganismi del ceppo alle condizioni mesofile; a 25, 45 e 55°C sono stati ottenuti rispettivamente 370, 351 e 275 mL/g SV. L’aggiunta di alcalinità aumentava la resa di metano, mentre la diluizione dell’FWL fino a una salinità di 2 g/L di NaCl ha dato 561 mL CH₄/g SV dopo 30 giorni. Gli autori concludono che, data l’elevata biodegradabilità, la digestione anaerobica dell’FWL con controllo dell’alcalinità e della salinità può essere una soluzione sostenibile per il problema dei percolati. La differenza tra i risultati dopo 10 e 28 giorni mostra inoltre che il risultato del BMP dipende dalla durata del test.

Conclusioni per la pratica

1. Per le miscele di scarti di cucina, il BMP è elevato (in questo caso 472 mL/g SV), ma lo studio dimostra che nel reattore si raggiunge l’86–88% di tale valore, e la scarsa resistenza del sistema monofase agli AGV richiede la separazione delle fasi.
2. La digestione a secco (circa il 20% di SS) richiede attrezzature diverse rispetto a quella umida, e la sua attrattività dipende, tra l’altro, dalla gestione del percolato.
3. Il risultato del BMP di un singolo laboratorio deve essere confrontato con altre fonti per stimare la variabilità, e non deve essere trattato come un valore fisso.
4. Nel test sul percolato, la temperatura mesofila (35°C) ha dato i migliori risultati; alcalinità e salinità influenzavano la resa, pertanto in pratica richiedono un controllo.